FLUIDA
CAIR
Materi
- Pendahuluan
- Fluida diam
- Tekanan hidrostatis
- Gaya Archimedes
- Tenggelam, melayang, terapung
- Fluida bergerak
- Hukum Kontinuitas
- Hukum Poiseuille
- Laju endapan
- Aliran laminer dan aliran turbulen
- Tekanan darah.
A. PENDAHULUAN
Fluida = zat alir adalah zat yang mudah
mengalir. Yang termasuk fluida adalah zat cair dan gas.
Fluida mudah mengalir karena :
§
jarak
antara atom/molekul sangat jauh.
§
gaya
antara atom/molekul sangat kecil
Dalam medis pembahasan fluida penting untuk
memahami proses aliran darah dan mekanisme pernafasan.
B. FLUIDA DIAM
C. Tekanan Hidrostatis
Tekanan hidrostatis adalah tekanan
pada setiap titik dalam zat cair, akibat berat zat cair di atasnya.
Zat
cair dengan
massa
jenis ρ, setinggi h
berada
dalam bejana
h dengan luas alas A.
tekanan
hidrostatis pada alas
bejana
= berat zat cair : luas alas
A
P hidr = berat zat cair : luas alas
=
m g : A
=
ρ V g : A
=
ρ A h g : A
=
ρ h g
2. Gaya Archimedes
Benda yang dicelupkan ke dalam zat cair, mengalami gaya keatas yang
besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya. Gaya keatas ini
disebut gaya Archimedes atau gaya apung.
FA = mzc g
= ρzc V g
3. Tenggelam, melayang dan
terapung.
a.
Tenggelam.
Syarat tenggelam : berat benda > FA
mb g > FA
ρb V g > ρzc V g
ρb > ρzc
b. melayang
Syarat melayang : berat benda = FA
mb g = FA
ρb V g = ρzc V g
ρb = ρzc
c. terapung
Syarat terapung: berat benda <
FA
mb g < FA
ρb V g < ρzc V g
ρb < ρzc
Perhatikan !!
Jika benda sudah dalam keadaan terapung, melayang atau tenggelam
(setimbang) maka gaya kebawah = gaya keatas.
D. Fluida bergerak
1. Hukum kontinuitas.
Fluida mengalir dengan debit yang kontinu.
Debit fluida yang mengalir melalui
penampang A1 = debit fluida yang mengalir melalui penampang A2.
V1/t = V2/t
A1 l1/t = A2
l2/t
A1 v1 = A2
v2 A adalah luas
penampang
v adalah
kecepatan aliran fluida
Hukum kontinuitas memperlihatkan bahwa makin kecil luas penampang makin
besar kecepatan aliran.
Pada aliran darah, makin kecil penampang pembuluh darah, makin besar
kecepatan aliran, yang berarti makin besar pula tekanan yang dilakukan terhadap
pembuluh darah.
Ada bahaya penyempitan pembuluh darah.
2. Hukum Poiseuille
D = π
r4 (P1 – P2) / 8η L
D = debit aliran = volume aliran/waktu
r = jari-jari pembuluh
(P1 – P2) = selisih tekanan
η = viskositas (kekentalan)
fluida
L = panjang pembuluh
Satuan viskositas = N s/m2 = Pa.s = pas
viskositas air = 1 mili pas
viskositas darah = 1 – 3 mili pas.
Tinjauan medis Hukum Poiseuille
• Jari-jari pembuluh merupakan faktor yang
paling besar pengaruhnya terhadap debit. Kalau jari-jari pembuluh menjadi ½ r,
maka debitnya menjadi 1/16 debit semula. Penyempitan pembuluh darah sangat
mempengaruhi debit aliran darah.
• Jika r makin kecil maka untuk meningkatkan
debit, tubuh akan memperbesar (P1 – P2). Ini berarti
meningkatkan kerja jantung, dengan akibat pembengkakan jantung pada penderita
hipertensi.
• Debit aliran darah dapat diperbesar dengan
memperbesar r. Beberapa minuman penambah energi mempunyai efek memperbesar r
sehingga debit aliran bertambah dan tubuh terasa segar. Tetapi konsekuensinya
jumlah darah yang disuplai harus bertambah. Sekali lagi akan meningkatkan kerja
jantung.
• Memperkecil viskositas dapat memperbesar
debit. Bagi penderita hipertensi ada obat yang memberi efek pengurangan
viskositas darah.
E. Laju endapan
Partikel dengan jari-jari r,
massa jenis ρp berada
dalam fluida dengan massa jenis ρf. Partkel itu mengalami 3 gaya.
1) gaya berat arahnya kebawah,
sebesar
W = 4/3 π
r3 ρp g
2) gaya apung arahnya keatas, sebesar
FA = 4/3 π r3
ρf g
3) gaya hambatan karena
viskositas fluida, arahnya keatas, sebesar
R = 6π r η v
Dalam keadaan setimbang gaya keatas sama dengan gaya kebawah.
FA + R = W
R = W - FA
6π r η
v = 4/3 π r3 ρp
g - 4/3 π r3 ρf g
sehingga :
v = 2r2 g (ρp
- ρf
)/9 η
Dalam konteks medis,
v = Laju Endapan Darah (LED)
= Kecepatan Pengendapan Darah (KPD)
= Basal Sedimentation Rate (BSR)
= Bloed Bezinking Snellheid (BBS)
r = jari-jari sel darah merah
ρp =
massa jenis sel darah merah
ρf
= massa jenis plasma darah
η = vikositas plasma darah
g = percepatan gravitasi
Pada penderita rheumatik sel
darah merah cenderung bergerombol sehingga meningkatkan r efektif dengan
demikian LED meningkat.
Pada penderita hemolytic jaundice
(pemecahan hemoglobin berlebihan) sel darah merah menjadi ceper atau pecah
sehingga menurunkan r efektif dengan demikian LED menurun.
r = jari-jari sel darah merah
ρp =
massa jenis sel darah merah
ρf
= massa jenis plasma darah
η = vikositas plasma darah
g = percepatan gravitasi
Pada penderita rheumatik sel
darah merah cenderung bergerombol sehingga meningkatkan r efektif dengan
demikian LED meningkat.
Pada penderita hemolytic jaundice
(pemecahan hemoglobin berlebihan) sel darah merah menjadi ceper atau pecah
sehingga menurunkan r efektif dengan demikian LED menurun.
F. Aliran
laminer dan aliran turbulen
• Ciri aliran laminer.
Mengalir perlahan, tenang, tidak terjadi perpotongan garis alir, tidak
ada golakan/pusaran
• Ciri aliran turbulen
Mengalir cepat, terjadi perpotongan garis alir, ada golakan
• Pada pengukuran tekanan darah digunakan
pressure cuff, sehingga aliran darah dibuat turbulen, dan menghasilkan vibrasi,
sehingga denyutan jantung dapat didengar menggunakan stetoskop.
• Hubungan antara tekanan dan debit aliran pada
aliran laminer dan aliran turbulen diperlihatkan pada grafik berikut.
• Pada obstruksi (penyempitan pembuluh darah)
debit menurun, tekanan meningkat, aliran mudah menjadi turbulen.
.
• Jumlah darah pada orang dewasa 4,5 liter.
Setiap kontraksi jantung terpompa 80 ml darah. Setiap 1 menit, sel darah merah
telah beredar komplit satu siklus dalam tubuh. Setiap saat, 80 % darah berada
dalam sirkulasi sistemik, 20 % dalam sirkulasi paru-paru. Darah dalam sirkulasi
sistemik ini 20 % berada di arteri, 10 % di dalam kapiler, 70 % dalam vena.
Pada sirkulasi paru-paru 7 % di kapiler paru-paru, 93 % antara areteri
paru-paru dan vena paru-paru.
SUMBER : MATERI KULIAH BIOLOGI DASAR & BIOLOGI PERKEMBANGAN
Tidak ada komentar:
Posting Komentar